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基于“三供一业”改造基础上的二次网水力平衡调控技术分析及应用

太原市热力集团有限责任公司城西供热分公司     

【摘 要】近年来,随着国有企业小区三供一业供热改造工程的推进,大部分企业移交的小区建成年代久远、保温性能差、管网老旧,且多采用上供下回单管供热系统,上热下冷且缺乏调节手段无法解决。三供一业改造系统为分户供热,改造完成并网运行后,整个系统需水力重新调节。以某小区户内系统和二次管网的三供一业供热改造工程为背景,投入全网平衡运行后,通过对整个小区进行智能调控,使整个供热系统的水力失调度明显减小,实现水力平衡的目标,保证用户的用热需求。

【关键词】智能调控;水力失调;全网平衡;三供一业

1引言

节能降耗是现阶段我国供热事业发展过程中非常重要的一项任务,也是供热企业提升供热质量、降低供热成本的重要途径,避免水力失调导致的过量供热仍是当前供热事业发展的重点。三供一业涉及的小区多为老旧小区,供热系统设计年代久,建设标准低,改造施工及多年运行管路老化堵塞等,导致各楼栋及各单元流量分配不均,使二次网系统实际流量与所需流量不匹配。二次网供热系统缺乏有效的调节手段,运行期绝大多数通过大量的人工手动调节,周期长,精准度低,很难实现二次网的水力平衡[1]。本文结合工程改造实例,通过加装楼栋阀门、单元远传智能水力平衡阀、用户远传智能锁闭阀等控制阀门实现智能调控。改造完成后将小区单元平衡阀、用户阀投入全网平衡软件,人工配合操作楼栋阀门开度对二次管网、单元、用户进行调节,实现全网平衡。

2水力失调

2.1系统水力失调度的概念

供热系统中实际流量与理论需求流量不匹配称为水力失调。水力失调程度x可用下面的式子计算:

 x=Vs/Vg                                         1

式中:x—系统的水力失调度;

Vs—热用户的实际流量,kg/h

Vg—热用户的理论需求流量,kg/h

2.2系统水力失调的表征

二次管网最常见的问题就是近端用户流量大、室内温度偏高;远端用户流量小,室内温度偏低,近端、远端用户受热不匀。由于缺乏有效控制阀门,欲达到末端用户标准室温,传统的调节方式通常通过提高二次网运行参数的方式来解决。在一次网供热参数不变的情况下,通过增加循环泵流量弥补二次网水力失调现象,循环水泵的功率相应增加,这样影响了整个二次网的运行工况[2]。但原来室温已达标的近端住户由于缺乏二次网的调控手段而温度偏高,近端住户往往通过开窗的方式降温,造成过量供热,能源的大量浪费。

3水力失调的调控方式

3.1调控方式

实际运行中,为了减少供热管网水力失调现象,通常采用增加大流量、提高水泵扬程、或通过运用调节阀、平衡阀、自力式压差控制阀的方法进行调节。

三供一业改造的小区多为上世纪90年代所建,当时的调节方式较为单一,设计上多通过管径选择、同程布置等方式获得静态平衡的目的。增大循环流量,通常需要更换更大功率的水泵以满足末端住户室温的需求,这样会导致初投资增加。

也可根据供热管网现状分布,采用调节阀、静态平衡阀、自力式压差控制阀的方法。供热工程中,经常采用的是闸阀、截止阀。通常闸阀阀门开度达到50%后,流量基本不随阀门开度的变化而变化,线性调节比较差。

自力式压差平衡阀,用压差作用来调节阀门的开度,在系统流量变化时,保持供回水压差恒定。它可消耗系统的多余压头及压力波动引起的流量变化,防止用户间流量变化互相干扰,有助于稳定系统的运行工况[3]

静态平衡阀是通过一次性手动进行调节的,它不能够自动地随供热系统工况的变化而变化阻力系数。根据经验值手动调节各个分支静态平衡阀的开度,粗略的达到特定条件下的水力平衡,然后再根据室外气温变化和以往的经验对热力站进行自动或手动调节,实现单元立管升温、降温的效果[4]

加装静态平衡阀基础上可通过采用智能平衡调控系统实现动态调控,从而解决系统水力失调问题,三供一业改造工程采用的就是此系统。单元立管加装远传智能水力平衡阀,通过该装置可以远程读取实时数据,根据软件设置,通过智能水力平衡阀的自动调整,能迅速及时的解决全网动态水力失衡,避免人员手动调节造成的热平衡偏差,为实现全网的按需供热,节能降耗打好基础。

3.2远程智能调控系统

智能调控系统由户用智能调节阀(此处是远传智能锁闭阀)、温度采集面板、单元远传智能水力平衡阀、数据采集箱、平台软件组成。此外,在调度中心内设立分户表联控系统,配备相关供热云端服务器、智慧供热系统、自控组态软件、固定监控设备PC端操作界面等,该系统具有阀门和热表数据采集功能、数据分析功能、运行状态监测功能、全网平衡调节等功能。

三供一业供热改造,各楼栋安装数据采集箱,实现与调度中心的数据传输。各楼栋的每个单元供回水立管安装焊接球阀,回水立管安装远传智能水力平衡阀,解决单元水力失调的问题。每户入户前供水管安装丝接球阀、过滤器、远传智能锁闭阀(通断控制类),每户出户后回水管安装丝接球阀、丝接锁闭式球阀,楼栋代表性用户家中加装室温面板。

远传智能水力平衡阀、部分远传智能锁闭阀配套的温度采集面板均自带回水温度传感器,采集到的数据通过有线传输至每栋楼的数据采集箱内,数据采集箱的数据再以移动DTU通讯模块形式无线传输至调度中心,实现远程对二次网的管理和调节。


1 远程智能调控系统流程图

改造完后,基于该系统内二次网全网平衡系统,以热力站为单位,根据该热力站供热范围内各个智能水力平衡阀采集到的回水温度,统一设定目标温度,根据全网平衡软件算出的实际回水温度控制智能水力平衡阀的开度进行调控。由于此次改造选用的远传智能锁闭阀是通断类阀门,且温度面板仅选取了楼栋代表性的用户,数量安装不足,在调节过程中也需人工配合,在实现智能化调节情况下大量减少了工作量,实现按需供热。通过二次网供热平衡,降低二次网水力失调,降低供热系统的能耗。

4案例分析

4.1小区概况

我们对某热力站三供一业改造后的小区进行试点调控,该小区共50栋楼,172个单元,热力站所带供热面积14.70万㎡,其中地暖系统8栋楼、暖气片系统有42栋楼。热力站设置一套系统,地暖系统和暖气系统混合运行。站内分集水器分3趟分支,其中一趟DN150分支承担地暖楼座,两趟DN250分支承担暖气片楼座。

4.2平衡调控过程

小区共50栋楼,以前楼栋采用的是上供下回单管串联供热系统,三供一业改造后,根据水力计算,热力站内分集水器上DN150分支阀门开度设为30%,剩余两趟DN250分支阀门开度设为100%;将暖气片楼的单元立管供回水焊接球阀全开,地暖楼的单元立管焊接球阀近端单元开度20%,远端单元开度80%。设置每户远传智能锁闭阀每个单元123层开度设为67%(即流量89%),4-5层开度设为70%(即流量94%),6层开度设为100%(即流量100%)。全网平衡软件设置地暖系统的回水目标温度较暖气系统的回水目标温度低3度,将该小区内50栋楼的单元全部投入全网平衡,利用自控系统对各单元进行平衡调节。


2 远传智能锁闭阀V型阀体开度与流量关系图

第一次全网平衡调节趋于稳定后,对热力站内二次网的流量进行测定,并对每栋楼首尾单元的顶层及底层进行测温及回访。热力站内DN150分支、两条DN250分支回水温度分别为24℃30℃31℃。通过全网平衡软件查看,暖气片系统回水目标温度为31.47℃,地暖系统回水目标温度为28.47℃,各个单元实际的平均回水温度31.09℃,失调度为3.6%,失调度较大。42栋楼暖气片系统各单元的实际回水温度29.9—31.9℃8栋地暖系统各单元的实际回水温度24.4℃—31.2℃,地暖系统各单元实际回水温度偏差较大,47—50#楼各单元智能水力平衡阀开度已达95%,但单元回水温度未达目标温度,9102651#楼各单元智能水力平衡阀开度均为30%,而单元回水温度已超出目标温度。同时,通过对每栋楼首尾单元的顶层及底层进行室温检测及散热器供热效果查看,户内温度均在20℃以上,最高达26℃,部分住户存在末端一、二组暖气片不热的现象,该现象一层及顶层均存在,但数量不多,同时近端楼栋比远端楼栋工况较好。


3 第一次平衡调节后地暖楼各单元实际回水温度分布图

根据第一次全网平衡结果以及用户测温回访情况,可以判断该小区二次管网未达到平衡。再次对所有楼座远传智能锁闭阀开度进行调整,根据远传智能锁闭阀阀体与流量的线性关系,当阀体开度达到80%时流量已经达到100%,设置每户远传智能锁闭阀每个单元123层开度设为66%(即流量87%),4-5层开度设为69%(即流量91%),6层开度设为80%(即流量100%)。同时多次调节分集水器上3条分支阀门,将温度较高的两条DN250分支供回水阀门开度降为20%,将温度较低的DN150分支的供回水阀门调开至100%。第二次全网平衡调节趋于稳定后,热力站内DN150分支、两条DN250分支回水温度分别为32℃31℃32℃,同时对热力站内二次网流量进行测定,并对上次测温存在问题的用户再次进行回访。通过全网平衡软件查看,暖气片系统回水目标温度为32.3℃,地暖系统回水目标温度为29.3℃,各个单元实际的平均回水温度为31.77℃,失调度1.89%,失调度明显减小。42栋楼暖气片系统各单元的实际回水温度30.8—33.1℃8栋地暖系统各单元的实际回水温度28.2℃—33℃。整个系统50栋楼智能水力平衡阀最大开度为68%,最小开度为30%,开度为30%的楼栋单元主要为地暖系统。其中,15%楼栋单元的智能水力平衡阀开度在30%-40%之间,40%楼栋单元的智能水力平衡阀开度在40%-50%之间,35%楼栋单元的智能水力平衡阀开度在50%-60%之间,而10%楼栋单元的水力平衡阀开度在60%-70%之间,由此可见50栋楼各个单元之间已基本达到平衡。同时,对第一次全网平衡后测温存在问题的10户用户再次进行回访,其中7户末端暖气已全部正常,剩余3户存在末端暖气不热的情况,为个别户内问题。


    4 第二次平衡调节后地暖楼各单元实际回水温度分布图

4.3热力站内参数平衡调节前后对比

1 调节前后参数对比

时间

起泵台数

运行频率
Hz

流量
m3

万平米流量
m3/m2

供回水压力
MPa

压差
m

备注

调节前

2

42

365

22.2

0.42/0.28

14

第一次平衡后

2

31

313

19

0.4/0.3

10

2

42

425

25.8

0.46/0.29

17

第二次平衡后

2

31

278

16.8

0.46/0.31

15

运行现状

2

42

369

22.4

0.54/0.31

23

热力站运行调节前,循环泵运行频率42Hz,流量365m3,站内压差14m。经过第一次平衡调节后,系统流量增加,站内供回水压差增加,说明平衡调节前阀门开度不统一,系统工况不平衡。同样循环泵以42Hz频率运行,经过两次平衡调节后,与第一次平衡调节后的参数比整个系统流量减少,站内供回水压差增加,改善了整个系统的运行工况。考虑到节能降耗的目标,我们进一步将循环泵频率调至31Hz,根据站内实测数据显示,系统流量278m3,压差15m就可以满足运行需求,所以当前循环泵以31Hz工况运行。系统调节前为了满足末端用户的循环流量,不得不加大二次网循环水泵变频的频率;但通过加装有效的控制手段,经过平衡调节后,系统二次网循环泵的频率42Hz降至31Hz频率,实现了节能降耗的目的。

5 小结

三供一业改造基础上,通过远程智能调控系统,实现对二次网的管理和调节,避免人员手动调节造成的热平衡偏差。对某热力站三供一业改造后的小区进行试点调控,通过调节后,失调度由原来的3.6%明显降至1.89%,为后续节能降耗提供了方向。

上述热力站由于远传智能锁闭阀未能投入全网平衡,在调节过程中不能实现精准调节。二次网实现全网平衡是一个反复过程,在调节完成一次后就需对用户进行整体回访,回访时注意回水温度的同时也必须保证户内最后一组暖气片温度。因此,实现智能化的条件下能大量减小工作量,但也需要人工配合,达到供热精准调节、实现均匀供热。

参考文献

[1]  张维.浅析热网二次网系统调节[J].区域供热,2020,(03):85-90.

[2]  史登峰,何乐,王珂.二次网热力平衡度概念及其分析应用[J].区域供热,2020,(02):106-109.

[3]  史凯,花博,侯家涛,吴炜杰,郝洪涛.集中供热外网水力调节的几种常见方法基于动态压差平衡阀和静态平衡阀的供热二次管网水力平衡案例分析[J].区域供热,2018,(6):81-88.

[4]  刘磊,于倩倩,李晓婷,聂克.小区内二次供热管网自动化调节的应用实践[J].《煤气与热力》,2019,(4):1067-1073.

作者简介:孙婧(1985.12.28),女,硕士,太原市热力集团有限责任公司城西供热分公司 中级工程师。邮箱:583779540@qq.com。电话:13466839623。论文研究方向:减少过量供热的技术及二次网水力平衡与调控。

第二作者简介:张斌(1986.6.2),男,本科,太原市热力集团有限责任公司城西供热分公司 中级工程师。邮箱:285654832@qq.com。电话:15935135393。论文研究方向:减少过量供热的技术及二次网水力平衡与调控。


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